CN104515611B - 一种感温电路及温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种感温电路及温度传感器，该感温电路包括第一支路和第二支路，第一支路和第二支路各设置有至少一个采样点，采样点用于输出电压信号，两个电压信号的差值用于表征感温电路所处环境的温度；该温度传感器包括用于根据温度传感器所处环境的温度产生并输出电压信号的感温电路，用于将电压信号转换为数字信号的ADC转换模块，及用于对ADC转换模块输出的数字信号进行处理，并输出温度值的处理模块。通过本发明的实施，对感温电路的输出信号进行改进，增大其输出的模拟信号的强度，省去了数字电路部分的放大器，解决了现有技术需要在温度传感器的数字电路部分设置放大器的问题。

Description

一种感温电路及温度传感器

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种用于将环境温度转换为温度值的感温电路及温度传感器。

背景技术

温度传感器广泛应用于测量、控制等仪器设备中，而作为温度传感器主要成员的集成温度传感器的工作原理是利用三极管的温度特性，当两组三级管通过的电流不一样时，他们的基极-发射极电压就有一个差值，这个差值跟温度有一个近似线性关系，所以能够准确监测出这差值电压的大小就能测出当前温度值。

图1为现有技术中一种温度传感器的示意图（专利号为US20010009495A1中的附图），由图1可以看出，当前温度传感器通过分时对Vbe0、Vbe1、Vbe2进行测量和ADC转换，然后再对转换数字结果进行处理等到温度值；该方法需要测量Vbe0、Vbe1与Vbe2三个数值，也即感温电路的信号输出繁杂，同时，该方法虽然可以抵消一部分电路失调误差，但在数字处理部分应到了负责的除法，增加了数字电路部分的芯片面积及成本。

因此，如何提供一种检测简单的温度传感器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种感温电路及温度传感器，解决了现有技术需要在温度传感器中感温电路信号输出繁杂的问题。

本发明提供了一种感温电路，在一个实施例中，该感温电路包括第一支路和第二支路，第一支路包括串联连接的第一电流源、至少一个电阻及第一感温三极管，第二支路包括串联连接的第二电流源、至少一个电阻及第二感温三极管；第一感温三极管和第二感温三极管由不同个数的规格相同的感温三极管并联形成，第一感温三极管及第二感温三极管的基极连接，且第一感温三极管及第二感温三极管的集电极均接地；第一支路和第二支路各设置有至少一个采样点，采样点用于输出电压信号，两个电压信号的差值用于表征感温电路所处环境的温度。

进一步的，上述实施例中的第一支路的至少一个电阻为第一电阻，第一支路的至少一个电阻为第二电阻及第三电阻；第一电阻、第二电阻及第三电阻之上设置有位置可变的采样点，第一支路、第二支路中各元件之间的连接点设置有位置固定的采样点。

进一步的，上述实施例中的第一感温三极管和第二感温三极管为PNP三极管。

本发明提供了一种温度传感器，在一个实施例中，该温度传感器包括本发明提供的感温电路，还包括及处理模块；其中，感温电路用于根据温度传感器所处环境的温度产生并输出电压信号；ADC转换模块用于将感温电路输出的电压信号转换为数字信号；处理模块用于对ADC转换模块输出的数字信号进行处理，并输出温度值。

进一步的，上述实施例中的温度传感器还包括修正模块；修正模块用于对处理模块输出的温度值进行修正，并输出修正后的温度值。

进一步的，上述实施例中的ADC转换模块为Sigma-Delta调制器。

进一步的，上述实施例中的温度传感器还包括增益调整模块；增益调整模块用于对感温电路进行增益调整，以控制感温电路输出的电压信号的强弱。

本发明的有益效果：

本发明提供感温电路及温度传感器，通过将感温电路中两个感温三极管的基极连接，在检测时，仅需从两个支路提供的多个采样点中选择两个进行采样检测，即可得到温度传感器所处环境的温度信息，检测简单，感温电路的信号输出少，解决了现有技术需要在温度传感器中感温电路信号输出繁杂的问题；进一步的，通过对感温电路的输出信号进行改进，增大其输出的模拟信号的强度，省去了数字电路部分的放大器，解决了现有技术需要在温度传感器的数字电路部分设置放大器的问题；进一步的，本发明在感温电路设置多个采样点，通过选择/调整采样点，以控制感温电路的输出，具备更好的兼容性。

附图说明

图1为现有技术中温度传感器的示意图；

图2为本发明第一实施例提供的温度传感器的示意图；

图3为本发明第二实施例提供的温度传感器的示意图；

图4为本发明第三实施例提供的温度传感器的示意图；

图5为本发明第四实施例提供的修正模块的示意图；

图6为本发明第五实施例提供的修正模块的示意图；

图7为本发明第六实施例提供的修正模块的示意图；

图8为本发明第七实施例提供的温度传感器的示意图；

图9为本发明第八实施例提供的温度传感器的示意图。

具体实施方式

现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。

图2为本发明第一实施例提供的温度传感器的示意图，由图2可知，在本实施例中，本发明提供的温度传感器2包括：感温电路21、ADC转换模块22及处理模块23；其中，

感温电路21用于根据温度传感器所处环境的温度产生并输出电压信号，具体的，感温电路21可以包括第一支路和第二支路，第一支路包括串联连接的第一电流源、至少一个电阻及第一感温三极管，第二支路包括串联连接的第二电流源、至少一个电阻及第二感温三极管；第一感温三极管和第二感温三极管由不同个数的规格相同的感温三极管并联形成，第一感温三极管及第二感温三极管的基极连接，且第一感温三极管及第二感温三极管的集电极均接地；第一支路和第二支路各设置有至少一个采样点，采样点用于输出电压信号，两个电压信号的差值用于表征感温电路所处环境的温度；

ADC转换模块22用于将感温电路21输出的电压信号转换为数字信号；

处理模块23用于对ADC转换模块输出的数字信号进行处理，并输出温度值。

图3为本发明第二实施例提供的温度传感器的示意图，由图3可知，在本实施例中，本发明提供的温度传感器2在包括感温电路21、ADC转换模块22及处理模块23的同时，还包括修正模块24；此时，

修正模块24用于对处理模块23输出的温度值进行修正，并输出修正后的温度值。

图4为本发明第三实施例提供的温度传感器的示意图，由图4可知，在本实施例中，本发明提供的温度传感器2在包括感温电路21、ADC转换模块22、处理模块23及修正模块24的同时，还包括存储模块25；此时，

存储模块25用于存储修正参数；修正模块24用于根据存储模块25存储的修正参数对ADC转换模块22输出的温度值进行修正。

现对本发明中修正模块的工作原理进行说明，在其他实施例中，上述所有实施例中的修正模块24包括两种修正模式，即第一修正模式及第二修正模式，在实际运用中可以根据实际的需要选择一个修正模式进行数据修正；其中，

第一修正模式用于获取某一时刻处理模块23输出的温度值与标准温度之间的差值，并根据差值对ADC转换模块输出的温度值进行修正；

第二修正模式用于获取并根据某二个时刻处理模块23输出的温度值与标准温度，计算得到ADC转换模块输出的温度值与标准温度之间的线性关系，并根据线性关系对ADC转换模块输出的温度值进行修正。

图5为本发明第四实施例提供的修正模块的示意图，图6为本发明第五实施例提供的修正模块的示意图，图7为本发明第六实施例提供的修正模块的示意图；现参照图5至7对本发明中的修正模块24进行详细说明：

如图5所示的结构是采用第一修正模式的具体结构示意图，其具体工作流程如下：

处理模块23将ADC转换模块22输出数据的累加，并对累加后的输出数据进行抽取或滤波处理，得到初始温度值，并传输至接收模块241；

记忆模块242用于记录修正参数，在本实施例中，该修正参数为某一时刻ADC转换模块输出的温度值与标准温度之间的差值，如在T1时刻，处理模块23输出的温度值为28℃，而标准温度则是29℃，那么该差值A=28-29=-1℃；

此时，校正模块243根据记忆模块242存储的差值对滤波模块242输出的数据进行校正后，传输至显示模块23，如，在T2时刻，处理模块23输出的温度值为32℃，那么标准温度则是32-（-1）=33℃，也即校正模块243输出的数据为33℃。

如图6所示的结构是第一修正子模块的具体结构示意图，其工作流程与图5相似，由于在该实施例中没有记忆模块242，那么修正参数可以存储在该温度传感器内部或与其连接的存储器内，如图4中的存储模块25，此时，校正模块243根据存储模块25存储的差值对处理模块23输出的数据进行校正后输出；其他与图5相类型，不再赘述。

如图7所示的结构是采用第二修正模式时的具体结构示意图，在该实施例中，记忆模块242用于记录修正参数，在本实施例中，该修正参数为根据某二个时刻处理模块23输出的温度值与标准温度，计算得到处理模块23输出的温度值与标准温度之间的线性关系；如在T1时刻，处理模块23输出的温度值X为28℃，而标准温度Y则是29℃，在T2时刻，处理模块23输出的温度值为X30℃，而标准温度Y则是31℃，那么据此得到的现在关系为：Y=X+1；

此时，校正模块243根据记忆模块242存储的线性关系对接收模块241接收到的数据进行校正输出，如，在T2时刻，处理模块23输出的温度值X为34℃，那么标准温度Y=34+1=35℃，也即校正模块243输出的数据为35℃。

图8为本发明第七实施例提供的温度传感器的示意图，由图8可知，在本实施例中，本发明提供的温度传感器2在包括感温电路21、ADC转换模块22、处理模块23、修正模块24及存储模块25的同时，还包括增益调整模块26；增益调整模块26用于对感温电路21进行增益调整，以控制感温电路21输出电信号的强弱；感温电路21还用于在增益调整模块26的控制下输出电信号。

图9为本发明第八实施例提供的温度传感器的示意图，由图9可知，在本实施例中：

本发明提供的温度传感器中的感温电路21包括第一支路和第二支路，第一支路包括依次连接的第一电流源i1、至少一个电阻及第一感温三极管V1，第二支路包括依次连接的第二电流源i2、至少一个电阻及第二感温三极管V2；第一感温三极管V1及第二感温三极管V2由不同个数的规格相同的感温三极管并联形成，例如第一感温三极管V1有M个规格相同的感温三极管并联形成，这M个感温三极管的基极之间相互连接，集电极之间相互连接，发射极之间相互连接，第二感温三极管V2有N个规格相同的感温三极管并联形成，这N个感温三极管的基极之间相互连接，集电极之间相互连接，发射极之间相互连接，并且这（M+N）个感温三极管的制造工艺相同，产品规格相同；且第一感温三极管V1及第二感温三极管V2的基极连接，第一感温三极管V1及第二感温三极管V2的集电极均接地；第一支路和第二支路各设置有至少一个采样点，采样点用于输出电压信号，两个电压信号的差值用于表征感温电路所处环境的温度；

该感温电路仅需检测两个不同位置采样点输出的电信号就可以确定温度传感器所处环境的温度，在运用中，实际温度T与两个三极管基极-发射极电压Vbe的差值△（△=Vbe1-Vbe2）呈线性关系，即T=K*△，假定采样点i的电势为φi，如将采样点选定为5和8时，△=Vbe1-Vbe2=（φ5-φb1）-（φ8-φb2），此公式中的φb1、φb2分别为感温三极管V1和感温三极管V2基极的电势，由于在本发明中，感温三极管V1和感温三极管V2的基极连接，那么，φb1与φb2相同，基于此，△=（φ5-φb1）-（φ8-φb2）=φ5-φ8；由此可知，本发明提供的感温电路不需要向常规电路那样同时检查φ5、φb1、φ8及φb2等四个电势信号，检查机制简单；

进一步的，如图9所示，第一支路的至少一个电阻为第一电阻r1，第一电阻r1的一端与第一电流源i1的输出端连接，第一电阻r1的另一端与第一感温三极管V1的发射极连接；

第二支路的至少一个电阻为第二电阻r2及第三电阻r3，第二电阻r2的一端与第二电流源i2的输出端连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端连接，第三电阻r3的另一端与第二感温三极管V2的发射极连接；

第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3之上设置有位置可变的采样点，第一支路、第二支路中各元件之间的连接点，如第一电流源i1与第一电阻r1之间、第一电阻r1与第一感温三极管V1之间、第二电流源i2与第二电阻r2之间、第二电阻r2与第三电阻r3之间及第三电阻r3与第二感温三极管V2之间设置有位置固定的采样点；

此时，增益调整模块26具体用于通过选择采样点和/或调整采样点的位置来控制述感温电路输出的电势信号的强弱，如当需要输出一个较弱的信号时，可以选族采样点3及8，当需要输出一个较弱的信号时，可以选族采样点6及8。

较优的，在其他实施例中，图9所示实施例中的第一感温三极管V1和第二感温三极管V2为PNP三极管，当然也可以用NPN三极管替换PNP三极管，只是PNP三极管的感温效果比较好。

同时，本发明也提供了一种温度传感器的工作方法，其应用于本发明提供的温度传感器中，该工作方法包括：

增益调整模块对感温电路进行增益调整，产生用于控制感温电路输出电信号的强弱的控制信号；

感温电路根据控制信号将温度传感器所处环境的温度转换为电信号；

ADC转换模块将感温电路输出的电信号转换为温度值；

显示模块显示ADC转换模块输出的温度值。

现结合图9对本发明的原理做进一步的说明，在图9所示实施例提供的温度传感器中，实际温度T与两个三极管基极-发射极电压Vbe的差值△（△=Vbe1-Vbe2）呈线性关系，即T=K*△，假定：采样点i的电势为φi，i1=i2，r1=r2；

若依据现有技术，其所选择的采样点为5及8，而在图9所示的电路中，φ5=φ7，那么，感温电路输出的电信号：△=Vbe1-Vbe2=φ5-φ8=i2*r3；

若按照本发明所记载的方案，当采样点选择为6及8时，感温电路输出的电信号：△’=φ6-φ8=i2*（r2+r3），这种方式与现有技术相比，在模拟电路部分的输出将获得一个增益值G=（r2+r3）/r3；

当采样点选择为2及8时，感温电路输出的电信号：△’=φ2-φ8=i2*（r2’+r3），这种方式与现有技术相比，在模拟电路部分的输出将获得一个增益值G’=（r2’+r3）/r3；该处的r2’是指采样点2到采样点7之间的电阻值；

由此可知，本发明可以通过采样点的选择/采样点位置的调整来控制增益值G的大小，能充分合理利用ADC转换器的输入范围，提高有效分辨率，也可以灵活控制X、Y点的共模范围，易于后续电路的设计，还易于左右两个支路的匹配。；

后续的数据转换、修正等处理不再赘述。

综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果：

通过将感温电路中两个感温三极管的基极连接，在检测时，仅需从两个支路提供的多个采样点中选择两个进行采样检测，即可得到温度传感器所处环境的温度信息，检测简单，感温电路的信号输出少，解决了现有技术需要在温度传感器中感温电路信号输出繁杂的问题；进一步的，通过对感温电路的输出信号进行改进，增大其输出的模拟信号的强度，省去了数字电路部分的放大器，解决了现有技术需要在温度传感器的数字电路部分设置放大器的问题；进一步的，本发明在感温电路设置多个采样点，通过选择/调整采样点，以控制感温电路的输出，具备更好的兼容性。

以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种感温电路，其特征在于，包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括串联连接的第一电流源、第一电阻及第一感温三极管，所述第二支路包括串联连接的第二电流源、第二电阻、第三电阻及第二感温三极管；所述第一支路与所述第二支路之间设置有放大器电路，所述放大器电路的两输入端分别与所述第一电阻的一端、所述第二支路中串联连接后的第二电阻和第三电阻的公共端连接，所述放大器电路的两输出端分别与所述第一电流源、所述第二电流源连接；所述第一感温三极管和所述第二感温三极管由不同个数的规格相同的感温三极管并联形成，所述第一感温三极管及所述第二感温三极管的基极连接，且所述第一感温三极管及所述第二感温三极管的集电极均接地；所述第一电阻、第二电阻及第三电阻之上设置有位置可变的采样点，所述第一支路、第二支路中各元件之间的连接点设置有位置固定的采样点，所述采样点用于输出电压信号，两个电压信号的差值用于表征所述感温电路所处环境的温度。

2.如权利要求1所述的感温电路，其特征在于，所述第一感温三极管和所述第二感温三极管为PNP三极管。

3.一种温度传感器，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的感温电路，还包括ADC转换模块及处理模块；其中，

所述感温电路用于根据所述温度传感器所处环境的温度产生并输出电压信号；

所述ADC转换模块用于将所述感温电路输出的电压信号转换为数字信号；

所述处理模块用于对所述ADC转换模块输出的数字信号进行处理，并输出温度值。

4.如权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，还包括修正模块；所述修正模块用于对所述处理模块输出的温度值进行修正，并输出修正后的温度值。

5.如权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述修正模块具体用于获取某一时刻所述处理模块输出的温度值与标准温度之间的差值，并根据所述差值对所述处理模块输出的温度值进行修正。

6.如权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述修正模块具体用于获取并根据某二个时刻所述处理模块输出的温度值与标准温度，计算得到所述处理模块输出的温度值与标准温度之间的线性关系，并根据所述线性关系对所述处理模块输出的温度值进行修正。

7.如权利要求3所述的温度传感器，其特征在于,所述ADC转换模块为Sigma-Delta调制器。

8.如权利要求3所述的温度传感器，其特征在于,还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述处理模块输出的温度值。

9.如权利要求3至8任一项所述的温度传感器，其特征在于，还包括增益调整模块；所述增益调整模块用于对所述感温电路进行增益调整，以控制所述感温电路输出的电压信号的强弱。